三、解答题
13. (扬州)图(a)是“测量灯泡电功率”的实验电路(灯泡标有“2.5 V”字样)。

(1)如图(a)所示,正确连接电路后,闭合开关,小明发现无论怎样调节滑动变阻器,灯泡都不亮,电流表无示数,电压表有示数,则电路故障可能是
灯泡断路
。
(2)排除故障后,移动滑片P到某一位置时,电压表示数如图(b)所示,为了继续完成实验,应将滑片P向
A
端移动。小明根据实验所测的数据,作出如图(c)所示的图像,则灯泡的额定功率为
0.5
W。
(3)测量结束后,小明应先
断开开关
,然后拆除
电源
上的导线,再拆除其他导线。
(4)小明对本实验进行了拓展思考,以下探究活动用该实验装置中的器材不能完成的是(
D
)
A. 测量灯泡的电阻
B. 探究串联电路电流的特点
C. 探究串联电路电压的特点
D. 探究电流与电压的关系
解析:
【分析】
1. 第(1)问:先结合故障现象分析电路状态,灯泡不亮、电流表无示数说明电路存在断路;电压表有示数,说明电压表与电源两极保持通路,由此可锁定故障为灯泡断路。
2. 第(2)问:先读取电压表示数,与灯泡额定电压对比,根据串联电路分压规律,要增大灯泡两端电压,需减小滑动变阻器的接入电阻,从而确定滑片移动方向;再从I-U图像中找到额定电压对应的电流,利用公式$P=UI$计算额定功率。
3. 第(3)问:回忆电学实验的安全操作规范,实验结束后需先断开开关,再拆除电源导线,避免发生短路或触电危险。
4. 第(4)问:逐一分析各选项的实验条件,探究电流与电压的关系需要控制电阻阻值不变,但灯泡电阻随温度变化而改变,无法满足控制变量的要求,因此该探究无法完成。
【解析】
(1) 闭合开关后,灯泡不发光、电流表无示数,说明电路处于断路状态;电压表有示数,表明电压表的两个接线柱与电源两极是连通的,因此电路故障为灯泡断路。
(2) 由图(b)可知,电压表选用0~3V量程,分度值为0.1V,示数为2.2V,小于灯泡的额定电压2.5V。根据串联电路的分压规律,要使灯泡两端电压增大到额定电压,需减小滑动变阻器接入电路的电阻,故滑片应向A端移动(滑片向A端移动时,滑动变阻器接入电路的电阻变小,其分压减小,灯泡分压增大)。
从图(c)的I-U图像中可知,当灯泡两端电压为2.5V时,通过灯泡的电流为0.2A,则灯泡的额定功率:$P=UI=2.5V×0.2A=0.5W$。
(3) 为保证实验安全,测量结束后,应先断开开关,然后拆除电源上的导线,再拆除其他导线,防止电路短路。
(4) 对各选项分析如下:
A. 测量灯泡的电阻:利用伏安法,通过电流表测电流、电压表测电压,结合$R=\frac{U}{I}$可计算灯泡电阻,能完成;
B. 探究串联电路电流的特点:将电流表分别接在串联电路的不同位置,测量各处电流并比较,能完成;
C. 探究串联电路电压的特点:将电压表分别测量电源电压、灯泡两端电压、滑动变阻器两端电压,分析电压间的关系,能完成;
D. 探究电流与电压的关系:实验需要控制电阻阻值不变,但灯泡的电阻随温度升高而增大,无法控制电阻恒定,不能完成。
因此选D。
【答案】
(1) 灯泡断路
(2) A;0.5
(3) 断开开关;电源
(4) D
【知识点】
1. 电路故障分析
2. 电功率计算
3. 电学实验操作规范
【点评】
本题以“测量小灯泡电功率”实验为载体,综合考查了电路故障判断、实验操作规范、电功率计算以及实验拓展探究,对学生的实验操作能力和规律应用能力有一定要求,需要学生熟练掌握串联电路规律、伏安法实验原理,并理解灯泡电阻的特殊性。
【难度系数】
0.6